全面了解Java中的CAS机制

前言

在看到Java锁机制的时候，无意中看到了CAS这个词，然后在百度查找CAS看了很多文章始终没有看的太懂，今天又在Google上查找了一些资料，才算是真正弄清楚了CAS机制。

什么是CAS

在jdk 1.5中增加的一个最主要的支持是Atomic类，比如说AtomicInteger, AtomicLong，这些类可帮助最大限度地减少在多线程中对于一些基本操作（例如，增加或减少多个线程之间共享的值）的复杂性。而这些类的实现都依赖于CAS（compare and swap）的算法。

乐观锁和悲观锁

cpu是时分复用的，也就是把cpu的时间片，分配给不同的thread/process轮流执行，时间片与时间片之间，需要进行cpu切换，也就是会发生进程的切换。切换涉及到清空寄存器，缓存数据。然后重新加载新的thread所需数据。当一个线程被挂起时，加入到阻塞队列，在一定的时间或条件下，在通过notify()，notifyAll()唤醒回来。在某个资源不可用的时候，就将cpu让出，把当前等待线程切换为阻塞状态。等到资源(比如一个共享数据）可用了，那么就将线程唤醒，让他进入runnable状态等待cpu调度。这就是典型的悲观锁的实现。独占锁是一种悲观锁，synchronized就是一种独占锁，它假设最坏的情况，并且只有在确保其它线程不会造成干扰的情况下执行，会导致其它所有需要锁的线程挂起，等待持有锁的线程释放锁。

但是，由于在进程挂起和恢复执行过程中存在着很大的开销。当一个线程正在等待锁时，它不能做任何事，所以悲观锁有很大的缺点。举个例子，如果一个线程需要某个资源，但是这个资源的占用时间很短，当线程第一次抢占这个资源时，可能这个资源被占用，如果此时挂起这个线程，可能立刻就发现资源可用，然后又需要花费很长的时间重新抢占锁，时间代价就会非常的高。

乐观锁思路就是，每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。某个线程可以不让出cpu,而是一直while循环，如果失败就重试，直到成功为止。所以，当数据争用不严重时，乐观锁效果更好。比如CAS就是一种乐观锁思想的应用。

CAS（Compare and Swap ）算法

CAS中有三个核心参数：

1.主内存中存放的V值，所有线程共享。

2.线程上次从内存中读取的V值A存放在线程的帧栈中，每个线程私有。

3.需要写入内存中并改写V值的B值。也就是线程对A值操作后放入到主存V中。

上面说的比较抽象，看下面的这幅图比较容易理解。

如上图中，主存中保存V值，线程中要使用V值要先从主存中读取V值到线程的工作内存A中，然后计算后变成B值，最后再把B值写回到内存V值中。多个线程共用V值都是如此操作。CAS的核心是在将B值写入到V之前要比较A值和V值是否相同，如果不相同证明此时V值已经被其他线程改变，重新将V值赋给A，并重新计算得到B，如果相同，则将B值赋给V。

如果不使用CAS机制，看看存在什么问题，假如V=1，现在Thread1要对V进行加1，Thread2也要对V进行加1，首先Thread1读取V=1到自己工作内存A中此时A=1，假设Thread2此时也读取V=1到自己的工作内存A中，分别进行加1操作后，两个线程中B的值都为2，此时写回到V中时发现V的值为2，但是两个线程分别对V进行加处理结果却只加了1有问题。

CAS核心代码

if （A==V）
{
  V = B
  return B;
}
 else
  return V;

上面的操作是原子操作，现在来看看如果两个线程同时要对V进行加1操作使用上面的CAS机制后能不能获得正确结果。

①Thread 1和Thread2 要对V进行加1，Thread1和Thread2同时读取v值并且对V执行加1操作。

初始值 v=1，A=0, B=0。

②假设Thread1，Thread 2先读取V值赋给A，并且对A进行加1，得到B=2。

V=1，T1_A=1，T1_B=2；T2_A=1

Thread1要将T1_B写入V中，先要执行CAS操作：

if （T1_A==V）
{
  V = T1_B
  return T1_B;
}
 else
  return V;

因为T1_A=1=V，所以执行 V=T1_B=2，此时V=2。

③Thread2也要对V执行加操作。执行加操作之后

V=2 ，T2_A=1,T2_B=2，

当Thread2要将T2_B值写要V中之前要执行CAS操作，

if （T2_A==V）
{
  V = T2_B
  return T2_B;
}
 else
  return V;

此时T2_A=1，V=2, T2_A!=V,这时候返回V=2，给T2_A，T2_A=V=2，然后再次对T2_A进行加1，得到T2_B，此时T2_B=3，T2_A=2，比较T2_A==V，所以将T2_B的值赋给T2_V，T2_V=T2_B=3。最后结果为3。正确。

CAS中的ABA问题

如果一开始位置V得到的旧值是A，当进行赋值操作时再次读取发现仍然是A，并不能说明变量没有被其它线程改变过。有可能是其它线程将变量改为了B，后来又改回了A。大部分情况下ABA问题不会影响程序并发的正确性，如果要解决ABA问题，用传统的互斥同步可能比原子类更高效。

ABA问题的解决办法

1.在变量前面追加版本号：每次变量更新就把版本号加1，则A-B-A就变成1A-2B-3A。

2.atomic包下的AtomicStampedReference类：其compareAndSet方法首先检查当前引用是否等于预期引用，并且当前标志是否等于预期标志，如果全部相等，则以原子方式将该引用的该标志的值设置为给定的更新值。

以上这篇全面了解Java中的CAS机制就是小编分享给大家的全部内容了，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持我们。

赞 (0)

相关推荐

  • Java Proxy机制详细解读

    动态代理其实就是java.lang.reflect.Proxy类动态的根据您指定的所有接口生成一个class byte,该class会继承Proxy类,并实现所有你指定的接口(您在参数中传入的接口数组):然后再利用您指定的classloader将 class byte加载进系统,最后生成这样一个类的对象,并初始化该对象的一些值,如invocationHandler,以即所有的接口对应的Method成员. 初始化之后将对象返回给调用的客户端.这样客户端拿到的就是一个实现你所有的接口的Proxy对象

  • 浅谈用java实现事件驱动机制

    由于项目需求,需要为Java提供一套支持事件驱动机制的类库,可以实现类似于C#中的event和delegate机制.众所周知,Java语言本身以及其标准库中并没有提供事件驱动机制的相关接口,虽然Swing(我且认为其不属于标准库,因为一般没人用:)中存在相关的类支持该机制以实现组件的事件处理,但它毕竟是与GUI相耦合的,而在其它类型的应用程序中使用起来显得就有些别扭,缺乏通用性.因此有必要实现一套通用的Java事件驱动机制类库,然后将其应用于通用的Java应用程序当中,虽然这并不是什么难事:)

  • 关于Java反射机制 你需要知道的事情

    大家都知道,要让Java程序能够运行,那么就得让Java类要被Java虚拟机加载.Java类如果不被Java虚拟机加载,是不能正常运行的.现在我们运行的所有的程序都是在编译期的时候就已经知道了你所需要的那个类的已经被加载了. Java的反射机制是在编译并不确定是哪个类被加载了,而是在程序运行的时候才加载.探知.自审.使用在编译期并不知道的类.这样的特点就是反射. 反射机制是在运行状态中,对于任意一个类,都能够知道这个类的所有属性和方法:对于任意一个对象,都能够调用它的任意一个方法和属性:这种动态

  • Java动态代理机制的实例详解

     Java动态代理机制 在学习spring的时候,我们知道Spring主要有两大思想,一个是IoC,另一个就是AOP,对于IoC,依赖注入就不用多说了,而对于Spring的核心AOP来说,我们不但要知道怎么通过AOP来满足的我们的功能,我们更需要学习的是其底层是怎么样的一个原理,而AOP的原理就是Java的动态代理机制,所以本篇随笔就是对java的动态机制进行一个回顾. 在java的动态代理机制中,有两个重要的类或接口,一个是 InvocationHandler(Interface).另一个则是

  • java 代理机制的实例详解

    java 代理机制的实例详解 前言: java代理分静态代理和动态代理,动态代理有jdk代理和cglib代理两种,在运行时生成新的子类class文件.本文主要练习下动态代理,代码用于备忘.对于代理的原理和机制,网上有很多写的很好的,就不班门弄斧了. jdk代理 实例代码 import java.lang.reflect.InvocationHandler; import java.lang.reflect.Method; import java.lang.reflect.Proxy; publi

  • 全面了解Java中的CAS机制

    全面了解Java中的CAS机制

    前言 在看到Java锁机制的时候,无意中看到了CAS这个词,然后在百度查找CAS看了很多文章始终没有看的太懂,今天又在Google上查找了一些资料,才算是真正弄清楚了CAS机制. 什么是CAS 在jdk 1.5中增加的一个最主要的支持是Atomic类,比如说AtomicInteger, AtomicLong,这些类可帮助最大限度地减少在多线程中对于一些基本操作(例如,增加或减少多个线程之间共享的值)的复杂性.而这些类的实现都依赖于CAS(compare and swap)的算法. 乐观锁和悲观锁

  • 详解java 中的CAS与ABA

    1. 独占锁: 属于悲观锁,有共享资源,需要加锁时,会以独占锁的方式导致其它需要获取锁才能执行的线程挂起,等待持有锁的钱程释放锁.传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制,比如行锁,表锁等,读锁,写锁等,都是在做操作之前先上锁.Java中synchronized和ReentrantLock等独占锁就是悲观锁的思想. 1.1 乐观锁的操作 多线程并发修改一个值时的实现: public class SimulatedCAS { //加volatile的目的是利用其happens-before原则

  • 妙解Java中的回调机制(CallBack)

    前言 最近学习java,接触到了回调机制(CallBack).初识时感觉比较混乱,而且在网上搜索到的相关的讲解,要么一言带过,要么说的比较单纯的像是给CallBack做了一个定义.当然了,我在理解了回调之后,再去看网上的各种讲解,确实没什么问题.但是,对于初学的我来说,缺了一个循序渐进的过程. 回调是一种双向调用模式,什么意思呢,就是说,被调用方在被调用时也会调用对方,这就叫回调."If you call me, i will call back". 不理解?没关系,先看看这个可以说比

  • Java中的反射机制详解

    Java中的反射机制详解

    Java中的反射机制详解 反射,当时经常听他们说,自己也看过一些资料,也可能在设计模式中使用过,但是感觉对它没有一个较深入的了解,这次重新学习了一下,感觉还行吧! 一,先看一下反射的概念: 主要是指程序可以访问,检测和修改它本身状态或行为的一种能力,并能根据自身行为的状态和结果,调整或修改应用所描述行为的状态和相关的语义. 反射是Java中一种强大的工具,能够使我们很方便的创建灵活的代码,这些代码可以再运行时装配,无需在组件之间进行源代码链接.但是反射使用不当会成本很高! 看概念很晕的,继续往下

  • 老生常谈java中的fail-fast机制

    在JDK的Collection中我们时常会看到类似于这样的话: 例如,ArrayList: 注意,迭代器的快速失败行为无法得到保证,因为一般来说,不可能对是否出现不同步并发修改做出任何硬性保证.快速失败迭代器会尽最大努力抛出 ConcurrentModificationException.因此,为提高这类迭代器的正确性而编写一个依赖于此异常的程序是错误的做法:迭代器的快速失败行为应该仅用于检测 bug. HashMap中: 注意,迭代器的快速失败行为不能得到保证,一般来说,存在非同步的并发修改时

  • java 中动态代理机制的实例讲解

    java 中动态代理机制的实例讲解 在学习Spring的时候,我们知道Spring主要有两大思想,一个是IoC,另一个就是AOP,对于IoC,依赖注入就不用多说了,而对于Spring的核心AOP来说,我们不但要知道怎么通过AOP来满足的我们的功能,我们更需要学习的是其底层是怎么样的一个原理,而AOP的原理就是java的动态代理机制,所以本篇随笔就是对java的动态机制进行一个回顾. 在java的动态代理机制中,有两个重要的类或接口,一个是 InvocationHandler(Interface)

  • java中静态导入机制用法实例详解

    java中静态导入机制用法实例详解 这里主要讲解了如何使用Java中静态机制的用法,这里提供了简单实例大家可以参考下. 静态常量类 在java开发中,我们会经常用到一些静态常量用于状态判断等操作.为了能够在多个地方复用这些常量,通常每个模块都会加一个常量类,举个简单的列子: import com.sky.OrderMouleConsstants; /** * Created by gantianxing on 2017/4/21. */ public class Test { public vo

  • 全面理解java中的异常处理机制

    一.java异常总结: 异常就是程序运行时出现不正常运行情况 1.异常由来: 通过java的类的形式对现实事物中问题的描述,并封住成了对象 其实就是java对不正常情况描述后的对象体现 2.对于问题的划分有两种:一种是严重的问题,一种是非严重的问题 对于严重的,java通过Error类来描述 对于Error一般不编写针对性的代码对其进行处理 对于非严重的,java通过Exception类来描述 对于Exception可以使用针对性的处理方式进行处理 3.常见的异常有:数组角标越界异常,空指针异常

  • 一文搞懂Java中的反射机制

    前一段时间一直忙,所以没什么时间写博客,拖了这么久,也该更新更新了.最近看到各种知识付费的推出,感觉是好事,也是坏事,好事是对知识沉淀的认可与推动,坏事是感觉很多人忙于把自己的知识变现,相对的在沉淀上做的实际还不够,我对此暂时还没有什么想法,总觉得,慢慢来,会更快一点,自己掌握好节奏就好. 好了,言归正传. 反射机制是Java中的一个很强大的特性,可以在运行时获取类的信息,比如说类的父类,接口,全部方法名及参数,全部常量和变量,可以说类在反射面前已经衣不遮体了(咳咳,这是正规车).先举一个小栗子

  • 浅析Java中的异常处理机制

    异常处理机制 1.抛出异常 2.捕获异常 3.异常处理五个关键字: try.catch.finally.throw.throws 注意:假设要捕获多个异常:需要按照层级关系(异常体系结构) 从小到大! package exception; /** * Java 捕获和抛出异常: * 异常处理机制 * 1.抛出异常 * 2.捕获异常 * 3.异常处理五个关键字 * try.catch.finally.throw.throws * 注意:假设要捕获多个异常:需要按照层级关系(异常体系结构) 从小到大

随机推荐